СЖИЖЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ГАЗЫ

Теплота испарения. Теплота испарения, называемая также теплотой парообразования или энтальпией испарения, для многих газов является известной величиной. В табл.2.5 приведены значения удельной теплоты испарения индивидуальных углеводородов при нормальном давлении и температуре кипения и некоторые другие их характеристики.

Таблица 2.5 – Характеристика углеводородных газов

Повышение температуры приводит к уменьшению теплоты испарения, и в критическом состоянии, когда может существовать только паровая фаза, теплота испарения равна нулю. Используя данные табл.2.5, теплоту испарения L_т при любой температуре Т легко определить по формуле

L_т=bL₀Т/Т₀,

где b – температурная поправка; L₀ – теплота испарения при нормальной температуре кипения (см. табл.2.5).

Температурная поправка b определяется по графику (рис.2.8) в зависимости от приведенной температуры и отношения Т₀/Т_кр.

Рисунок 2.8 – График для определения температурной поправки к теплоте испарения

С ростом давления теплота испарения также уменьшается. Оценить это влияние можно по формуле Трутона

(2.11)

где Т_кип – температура кипения углеводорода, К; k^/ – постоянная, определяемая по графику (рис. 2.9) как функция отношения 0,0102р/Т; р – давление в системе, Па; Т – температура в системе, К.

Рисунок 2.9 – График для определения постоянной k^/ в формуле Трутона для расчета теплоты испарения

Формула Трутона дает возможность подсчитать теплоту испарения в килоджоулях на килограмм не только индивидуальных углеводородов, но и их смесей.

При работе со сжиженными газами важно знать объем газовой фазы V_г, получающийся при их испарении. Его определяют по формуле

V_г=NV_м, (2.12)

где N – количество жидкой фазы, кмоль; V_м – молярный объем углеводорода (см. табл. 2.5), м³/кмоль.

Для технических сжиженных газов значение V_м принимается равным 21,6 м³/кмоль.

Объем паров, получаемый при испарении 1 м³ сжиженного газа, определяется

где r_ж – плотность жидкой фазы, кг/м³.

Если расчет ведется для смеси газов, необходимо использовать правило аддитивности.

Теплота сгорания. Теплотой сгорания называют количество теплоты, выделяемое при сжигании топлива. В СИ удельную теплоту сгорания измеряют в джоулях на килограмм и кратных единицах. В технологических расчетах используют иногда молярную (килоджоуль на киломоль) и объемную (килоджоуль на кубический метр) теплоту сгорания. Различают высшую и низшую теплоты сгорания. Первая учитывает теплоту, выделяемую дымовыми газами при их охлаждении, а также теплоту конденсации образующихся при сгорании водяных паров, вторая – нет. Другими словами, низшая теплота сгорания меньше высшей на величину указанной теплоты. На практике продукты сгорания обычно не охлаждаются до температуры конденсации водяных паров, поэтому в расчетах пользуются низшей теплотой сгорания , рассчитанной на рабочий состав топлива. Численные значения теплот сгорания некоторых газов при нормальных условиях приведены в табл.2.6.

Таблица 2.6 – Низшая теплота сгорания горючих газов

Теплота сгорания смеси горючих газов определяется по правилу аддитивности:

.

В практической работе часто используют смеси паров сжиженных углеводородных газов с воздухом. Теплоту сгорания таких пропано- и бутано-воздушных смесей можно определить по графику (рис.2.10).

Рисунок 2.10 – Изменение теплоты сгорания газовоздушных смесей в зависимости от содержания в них горючих газов: 1 – бутан; 2 – пропан

Горение горючих газов. Для поддержания нормального горения газообразного или другого топлива необходим кислород или воздух. Теоретический объем V_Т кислорода или воздуха рассчитанный по стехиометрическим уравнениям горения различных газов, приведен в табл.2.7.

Для смеси газов теоретических объем кислорода или воздуха подсчитывается по правилу аддитивности.

В промышленных условиях обычно используется воздух, реальное количество которого берется несколько больше теоретического, чтобы обеспечить наилучшую полноту сгорания. Отношение реального объема воздуха V_p к теоретическому называют коэффициентом избытка воздуха a=V_p/V_Т. Коэффициент избытка воздуха для газообразного топлива принимают равным 1,05-1,2.

Объем и состав продуктов сгорания, образующихся при горении газов с теоретически необходимым объемом воздуха, приведены в табл.2.8.

Объемы воздуха и продуктов сгорания в табл.2.7 и 2.8 приведены для нормальных условий (101,3 кПа, 273 К). Если фактические условия горения отличаются от нормальных, объемы следует пересчитать по одному из законов состояния газа.

Таблица 2.7 – Теоретический объем кислорода и воздуха при сжигании 1 м³ газа, м³

Таблица 2.8 – Состав и объем продуктов сгорания, образующихся при горении 1 м³ газа, м³

В практике сжигания топлива используется понятие жаропроизводительной способности или жаропроизводительности, которая представляет собой температуру, развиваемую при полном сгорании топлива с теоретическим количеством воздуха без учета тепловых потерь и при начальной температуре топлива и воздуха 0°С (273 К).

Значения жаропроизводительности различных горючих газов приведены в табл.2.9. Для смеси газов жаропроизводительность (t_max, °С) определяется по формуле

, (2.13)

где – объемная теплота сгорания смеси газов, кДж/м³; V_c – объем продуктов полного сгорания топлива с теоретически необходимым объемом воздуха, м³; с_р – средняя теплоемкость продуктов сгорания, подсчитанная в интервале температур от °С до t_max, кДж/(м³×К).

Знаменатель выражения (2.13) может быть подсчитан по правилу аддитивности.

Таблица 2.9 – Жаропроизводительность горючих газов

ЛИТЕРАТУРА

1. Расчёты основных процессов и аппаратов нефтепереработки : Справочник/ Под ред. Е.Н.Судакова.-М.:Химия, 1979.-568с.

2. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа.-М.:Химия, 1980.-256с.

3. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа-Л..-Химия, 1985.-424с.

4. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н.Расчёты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справ, пособие.-М.:Химия, 1983-.224с.

5. Варгафтик Н.Б.Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.-М.: Наука, 1972.-720с.

6. Технологические расчёты установок переработки нефти:Учеб. пособие для вузов/ Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др.-М.:Химия, 1987.-352с.

7. Рудин М.Г., Смирнов Г.Ф. Проектирование нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов .-Л.: Химия, 1984.-256с.

8. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика.-Л. Химия, 198О.-328с.

9. Справочник нефтепереработчика: Справочник/ Под ред. Г.А.Ластовкина, Е.Д.Радченко и М.Г. Рудина.-Л.: Химия, 198б.-648с

10. Хорошко С.И., Хорошко А.Н. Сборник задач по химии и технологии нефти и газа : Учеб. пособие для сред. спец. учеб. заведений.-Минск :Высш.шк., 1989.-122с.

11. Рябцев Н.И. Природные и искусственные газы.-М.:Стройиздат, 1978.-325с.